Systems Engineering
Konstruieren mit dem System im Mittelpunkt
Systems Engineering bietet die Möglichkeit, Produkt und Produktion über den ganzen Lebenszyklus als Einheit zu betrachten. Eine große Herausforderung - insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen. Unterstützung bietet der Spitzencluster it´s OWL - mit neuen Methoden, Anwendungsbeispielen und Qualifizierungsangeboten.
Bild: Fraunhofer IEMDie zunehmende Komplexität neuer Maschinen und Anlagen stellt hohe Anforderungen an den Produktentwicklungsprozess. Entwickler benötigen ein ganzheitliches Systemverständnis und müssen den gesamten Lebenszyklus eines Produkts betrachten. Systems Engineering (SE) bietet einen durchgängigen, fachdisziplinübergreifenden Ansatz für die Entwicklung technischer Systeme. SE stellt das multidisziplinäre System in den Mittelpunkt und fasst alle Entwicklungsaktivitäten zusammen. So werden Entwicklungszeiten verkürzt, Abstimmungsbedarfe und nachträgliche Änderungen minimiert sowie die Produktqualität erhöht. Im Technologie-Netzwerk it´s OWL - Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen-Lippe entwickeln rund 200 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 47 Projekten Ansätze für Produkte und Produktionsverfahren. SE bildet dabei einen Schwerpunkt des Technologiekonzepts und findet Eingang in zahlreiche Projekte. Unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM wurden konkrete Ansätze für Unternehmen verfügbar gemacht. Modellbasierte Synthese- und Analysemethoden, wie Fehlerbaum- und Risikoanalyse sichern die spezifizierten Systemeigenschaften. Leitfäden, Werkzeuge und Schulungen bieten den Firmen weitere Unterstützung.
Die grüne Wäscherei
Anwendung finden sie beispielsweise im Projekt ressourceneffiziente Großwäscherei von Kannegiesser. Dabei geht es um die bestmögliche Nutzung von Ressourcen - wie Energie, Wasser und Waschmittel - bei einer zeit- und kostengünstigen sowie umweltgerechten Reinigung der Wäsche. Dazu wurden Modellierungs- und Simulationsmodelle erarbeitet, mit denen sich die Planung, Steuerung und Überwachung des Prozesses optimieren lässt. Die Modelle beschreiben das systemische, informationstechnische und physikalische Verhalten der Teilsysteme vom Produkt Wäsche über die einzelnen Produktionsmittel bis hin zum gesamten Wäscheverarbeitungsprozess. Durch die durchgängige Verwendung dieser Modelle bei der Planung, Steuerung und Überwachung lassen sich verbesserungsfähige Zustände früh erkennen und Optimierungen zielgerichtet umsetzen. Dadurch wird die Bearbeitungszeit der Wäscherei um 16,5 Prozent reduziert.
Bild: Wächter PackautomatikMittelstandstaugliche Ansätze
Darüber hinaus spielt Systems Engineering auch eine zentrale Rolle für den Technologietransfer im Spitzencluster it´s OWL. Hier werden neue Technologien für intelligente Produkte und Produktionsverfahren für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) verfügbar gemacht. In Transferprojekten können KMU in Kooperation mit einer Forschungseinrichtung diese Technologien nutzen, um konkrete Herausforderungen im Kontext Industrie 4.0 zu lösen. Insgesamt wurden in den letzten drei Jahren 170 Transferprojekte umgesetzt - davon 44 mit dem Schwerpunkt Systems Engineering. Die Unternehmen erhalten einen Zugang zu praxiserprobten Technologien, die schnell einsetzen können. Viele Transferprojekte können den Einstieg in das Thema Industrie 4.0 ermöglichen. Auf Grundlage der Ergebnisse können die KMU die nächsten Schritte planen. Das Konzept findet bundesweites und internationales Interesse und wird jetzt auch in anderen Regionen umgesetzt.
Systembaukasten Mechatronik
Wächter Packautomatik aus Bad Wünnenberg hat beispielsweise in einem Transferprojekt mit dem Fraunhofer IEM einen mechatronischen Systembaukasten realisiert, der die Konstruktion und Produktion von kundenspezifischen Tray- und Wrap-Around-Packern vereinfacht. Das sind Anlagen, die Kartons und Trays für Nahrungsmittel und Konsumgüter aufrichten, befüllen und verschließen. Aus der virtuellen 'Zerlegung' der Maschinen wurde ein Produktkonfigurator entwickelt. Konkret wurden zunächst die denk- und realisierbaren Funktionen einer Anlage hierarchisch gegliedert, unter Berücksichtigung der relevanten Konstruktionsdaten aller beteiligten Gewerke. Diese Funktionen - es sind mehr als fünfzig - lassen sich zu Systemelementen zusammenfügen. Dabei kann der Konfigurator auf vorhandene Lösungen zurückgreifen und inkompatible Elemente ausblenden. Der Konstrukteur wählt im Konfigurator anhand der Anforderungen Funktionsmodule und Systemelemente aus, die sich zu individuellen Maschinen und Anlagen verknüpfen lassen. Dabei bestehen die Module jeweils aus Konstruktionsdaten verschiedener Disziplinen. Das verlangt die Abkehr von der Methodik, ein Gewerk nach dem anderen zu konstruieren und die Konstruktionsdaten von der Mechanik über die Elektrotechnik bis zur SPS-Programmierung sozusagen durchzureichen und zu bearbeiten. Im Ergebnis wurde der Produktentstehungsprozess erheblich beschleunigt.
Neue digitale Tools
Das Systems Engineering entwickelt sich weiter. Ingenieure erarbeiten in weltweit verteilten Teams gemeinsam neue Produkte und Verfahren. Durch digitale Technologien können bisher getrennte Unternehmensbereiche wie Vertrieb, Service oder Entwicklung effizienter zusammenarbeiten. Daraus resultiert eine hohe technische und organisatorische Komplexität in die Produktentstehung, die einen Paradigmenwechsel in der Leistungserstellung erfordert - entlang des gesamten Produktlebenszyklus. Neue Ansätze für individualisierte virtuelle Produktentstehungsprozesse erarbeitet Fraunhofer im Projekt IViPep mit weiteren Partnern. Dabei wird untersucht, wie neue Technologien in die Entwicklung eingebunden werden können und welche Auswirkungen sie auf Arbeitsprozesse und Anforderungsprofile der Beschäftigten haben. Im Rahmen des Projekts soll bei Hanning Elektrowerke ein digital gestütztes Konformitätsmanagement realisiert werden. Ziel ist es, den länder- und branchenspezifischen Zulassungsprozess von Elektromotoren zu vereinfachen und so Entwicklungsprozesse zu beschleunigen.
Angebote für Unternehmen
Im Spitzencluster it´s OWL sollen Unternehmen die Möglichkeit haben, das Potenzial im Systems Engineering zu erschließen. In einer Fachgruppe, die zwei Mal jährlich stattfindet, können sie sich mit Akteuren aus der Forschung und anderen Unternehmen über Forschungsergebnisse, Anwendungsbereiche und konkrete Fragen austauschen. Im SE Live Lab in Paderborn erhalten Unternehmen einen Einblick in die Potenziale und Anwendungsbereiche der neuen Entwicklungsmethodik. Darüber hinaus bietet das Fraunhofer IEM offene und firmenspezifische Schulungen an, um Beschäftigte für Methoden des Systems Engineering zu qualifizieren. Im E-Co-Lab (kurz für Engineering Collaboration Lab) können Unternehmen durchgehendes Engineering mit geringem Aufwand ausprobieren und Erfahrungen austauschen. Sie erhalten einen Testzugang für die Engineering-Lösung und können den Nutzen verschiedener Anwendungen für die eigene Entwicklungsarbeit testen und validieren. Als Engineering-Umgebung dient die 3D Experience Plattform von Dassault Systèmes. Zahlreiche Unternehmen nutzen bereits die Möglichkeiten des E-Co-Labs, darunter Miele, Claas, ELHA Maschinenbau und japanische Autohersteller wie zum Beispiel Nissan.
Systems Engineering bietet die Möglichkeit, Produkt und Produktion über den ganzen Lebenszyklus als Einheit zu betrachten. Eine große Herausforderung - insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen. Unterstützung bietet der Spitzencluster it´s OWL - mit neuen Methoden, Anwendungsbeispielen und Qualifizierungsangeboten.
Bild: Fraunhofer IEMDie zunehmende Komplexität neuer Maschinen und Anlagen stellt hohe Anforderungen an den Produktentwicklungsprozess. Entwickler benötigen ein ganzheitliches Systemverständnis und müssen den gesamten Lebenszyklus eines Produkts betrachten. Systems Engineering (SE) bietet einen durchgängigen, fachdisziplinübergreifenden Ansatz für die Entwicklung technischer Systeme. SE stellt das multidisziplinäre System in den Mittelpunkt und fasst alle Entwicklungsaktivitäten zusammen. So werden Entwicklungszeiten verkürzt, Abstimmungsbedarfe und nachträgliche Änderungen minimiert sowie die Produktqualität erhöht. Im Technologie-Netzwerk it´s OWL - Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen-Lippe entwickeln rund 200 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 47 Projekten Ansätze für Produkte und Produktionsverfahren. SE bildet dabei einen Schwerpunkt des Technologiekonzepts und findet Eingang in zahlreiche Projekte. Unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM wurden konkrete Ansätze für Unternehmen verfügbar gemacht. Modellbasierte Synthese- und Analysemethoden, wie Fehlerbaum- und Risikoanalyse sichern die spezifizierten Systemeigenschaften. Leitfäden, Werkzeuge und Schulungen bieten den Firmen weitere Unterstützung.
it´s OWL Clustermanagement GmbH
Dieser Artikel erschien in IT&Production November 2017 - 08.11.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
